Способ получения битума
Изобретение относится к технологии получения материалов, используемых для строительства дорог, в частности, к технологиям по переработке нефтепродуктов в дорожный битум, и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности, а особенно в дорожно-строительных организациях для оперативного управления качеством асфальтобетонных смесей. Способ получения битума включает компаундирование товарного битума с продуктом переработки нефти, в качестве которого используют битумный преобразователь, который предварительно получают в виде нефтяной фракции прямой перегонки из тяжелой малопарафиновой нефти нафтенового основания с кинематической вязкостью при 50°С в пределах 65-85 сСт, а в качестве товарного битума используют битум с пенетрацией при 25°С, 0,1 мм не менее 68 и растяжимостью при 25°С более 150 см при следующем соотношении компонентов в масс.%: вышеуказанный продукт переработки нефти 2,5-7,5; вышеуказанный товарный битум 92,5-97,5; Достигается улучшение рабочих характеристик битума и упрощение технологии. 4 табл.
Настоящее изобретение относится к технологии получения материалов, используемых для строительства дорог, в частности, к технологиям по переработке нефтепродуктов в дорожный битум, и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности, а особенно в дорожно-строительных организациях для оперативного управления качеством асфальтобетонных смесей.
Известен способ получения битума путем глубокого окисления тяжелого нефтяного остатка с последующим смешением (компаундированием) образующегося переокисленного продукта с неокисленным нефтяным остатком, после чего полученную смесь подвергают вакуумной перегонке (см. авторское свидетельство СССР №446531, МКИ С 10 С 3/04, опубликованное 15.10.1974).
Недостатком данного известного изобретения является сложность технологического процесса получения битума, который может быть использован только на нефтеперерабатывающих заводах. Это обусловлено наличием вакуумной перегонки смеси, что, в свою очередь, исключает возможность использования такого известного способа получения битума непосредственно в дорожно-строительных организациях.
Известен способ получении битума, включающий компаундирование товарного битума с продуктом переработки нефти, причем, вначале производят глубокое окисление тяжелого нефтяного остатка, а затем ведут компаундирование с продуктом переработки нефти, в качестве же последнего используют не окисленный нефтяной остаток, при этом, в качестве образующегося переокисленного продукта используют товарный битум, известный как лаковый битум марки ″Г″, а в качестве не окисленного нефтяного остатка используют нефтяные гудроны из группы нефтей, например Ярегской, Западно-Сибирской и Котуртепинской при следующем соотношении компонентов, мас.%: товарный битум марки ″Г" 17-46; нефтяные гудроны из группы упомянутых нефтей - остальное. Необходимо заметить, что процесс компаундирования проводят при 145-175°С, а время перемешивания - не менее 10 мин (см. Патент Р.Ф. №2130044, МКИ С 10 С 3/04, опубликован в Бюл. №13 от 10.05.1999).
Это известное изобретение выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число общих существенных признаков с заявляемым изобретением и является последней разработкой в данной области.
По сравнению с аналогом прототип имеет преимущество, так как упрощает процесс и позволяет за более короткий срок получать битум непосредственно на объектах добычи и переработки нефти. Однако отмеченное достоинство одновременно является существенным недостатком, поскольку этот известный способ получения битума нельзя применить в условиях дорожно-строительной организации, т.е. непосредственно в местах приготовления дорожно-строительных материалов.
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения дорожного битума, который можно было бы применить в условиях дорожно-строительной организации для приготовления требуемого для ее условий количества битума, имеющего высокие показатели по своим основным характеристикам, в том числе и по пенетрации (показателю глубины проникновения иглы при 25°С, 0,1 мм). Кроме того, имел бы простую технологию.
Поставленная задача решена так, что в известном способе получения дорожного битума, включающем компаундирование товарного битума с продуктами переработки нефти, согласно настоящему изобретению, в качестве продукта переработки нефти используют битумный преобразователь, который предварительно получают в виде нефтяной фракции прямой перегонки из тяжелой малопарафиновой нефти нафтенового основания с кинематической вязкостью при 50°С в пределах 65-85 сСт, а в качестве товарного битума используют битум с пенетрацией при 25°С, не менее 50 мм 10-1 и растяжимостью при 25°С более 150 см при следующем соотношении компонентов, мас.%:
вышеуказанный продукт
переработки нефти 2,5-7,5
вышеуказанный товарный
битум 92,5-97,5
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет получать высококачественные битумы в условиях дорожно-строительной организации, т.е. непосредственно в местах приготовления дорожно-строительных материалов, где часто возникают проблемы с объемами и с требуемым качеством битумов. Кроме того, предлагаемый способ позволяет на месте управлять качественными и количественными характеристиками битума, подстраивая их под имеющиеся условия строящейся дороги.
По сравнению с прототипом данное изобретение имеет существенные отличия, которые заключаются как в использовании нового компонента.
Анализ патентной и научно-технической информации, выполненный заявителем, показал, что предлагаемая совокупность существенных признаков не известна. Поэтому можно признать это заявляемое изобретение новым.
Предлагаемый способ получения дорожного битума имеет изобретательский уровень, поскольку он для специалиста логически не следует из известного уровня техника, а противоречит известным тенденциями развития технологии получения битума. Например, известно, что ″...смешиванием битумов различных свойств и природы добиваются и изменения их основных физико-химических параметров″. Однако, ″...смешивание ведут при помощи растворителей, сплавлением, эмульгированием и другими методами″. В итоге, в США путем компаундирования исходный битум непрерывно смешивают с другими исходными битумами в потоке, т.е. в условиях нефтеперерабатывающего завода на его поточных линиях (см. Р.Б.Гун. Нефтяные битумы, Издательство ″Химия″, Москва, 1973 г., стр.265-266). Очевидно, что предлагаемый способ получения битума имеет изобретательский уровень, так как предусматривает применение нового функционального компонента битумного преобразователя, предсказать появление которого можно было только в результате проведенных авторами больших научных исследований.
На основании вышеизложенного можно считать, что заявляемый способ приготовления битума имеет изобретательский уровень.
Что же касается промышленной применимости, то это подтверждается нижеследующим описанием с примерами и экспериментальными измерениями.
На месте приготовления дорожно-строительных материалов заранее скапливают наиболее распространенные марки битумов и предварительно полученный битумный преобразователь. Его получают в виде нефтяной фракции прямой перегонкой тяжелой малопарафинистой нефти нафтенового основания, характеризующейся кинематической вязкостью при 50°С в пределах 65-85 сСт. В данном случае этот преобразователь получали из Ярегской нефти. Объем последнего выбирали в зависимости от требуемого значения пенетрации (глубины проникания иглы при 25°С 0,1 мм) конечного битума.
Наилучший вариант реализации заявляемого способа предусматривает использование товарных битумов, имеющих значение пенетрации (глубины проникания иглы при 25°С 0,1 мм) не менее 50. Данное значение пенетрации наиболее распространено для ряда битумов, используемых на дорогах России. Дорожные покрытия должны обладать трещиноустойчивостью, которая зависит от способности битума к растяжению. Чем выше его растяжимость, тем выше трещиноустойчивость дорожного покрытия. Необходимо заметить, что Заявитель, в качестве примера, выбрал марки битума: битум БДУ 70/100 (ТУ38.1011356-91 ″Битум нефтяной дорожный улучшенный БДУ″), БДУС (ТУ 0256-096-00151807-97 ″Битумы нефтяные дорожные улучшенные из Западно-Сибирских нефтей″).
Для приготовления лабораторных образцов компаундированных битумов рекомендуется использовать битум и битумный преобразователь, на основе которых планируется выпуск промышленных партий компаундированного битума.
Пример 1
Исходные компоненты:
битум марки БДУ 50/7 - 97,5 мас.%;
битумный преобразователь (кинематическая вязкость при 50°С - 68 сСт) - 2,5 мас.%.
Способ приготовления: битумный преобразователь вводят в расплавленный при температуре 165°С битум; компоненты перемешивают при указанной температуре в течение 20 минут механической мешалкой лопастного типа (порядка 150 об/мин).
По аналогичной рецептуре компаундированный битум был приготовлен путем введения битумного преобразователя в расплавленный при 165°С битум с последующим перемешиванием компонентов с помощью циркуляционного насоса в течение 1 часа.
Физико-механические свойства исходного и компаундированных битумов представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Наименование показателя | Исходный битум | Компаундированный битум марки |
| БДУ 50/70 | БДУ 70/100* | |
| Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм | 68 | 84/85 |
| Температура размягчения, °С | 47 | 46/46 |
| Растяжимость при 25°С, см | Более 150 | Более 150/50 |
| Температура хрупкости, °С | Минус 20 | Минус 22/22 |
| Температура вспышки, °С | 300 | 285/283 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 498 | 442/450 |
| Динамическая вязкость при 60°С, Па·с | 268 | 202/212 |
| После испытания по методике ASTM D 1754: |
| Изменение массы после прогрева, мас.% | 0,09 | 0,05/0,05 |
| Остаточная пенетрация,% от исходного значения | 79 | 77/76 |
| Растяжимость при 25°С, см | Более 150 | Более 150/150 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 654 | 541/550 |
| Динамическая вязкость при 60°С, Па·с | 598 | 444/450 |
| * - в числителе приведены результаты испытания компаундированного битума, полученного путем перемешивания компонентов лопастной мешалкой, в знаменателе - циркуляционным насосом. |
Сопоставительный анализ результатов испытаний компаундированных битумов, полученных с использованием разных перемешивающих устройств, свидетельствует об идентичности их свойств, а следовательно, о возможности применения любого перемешивающего устройства, обеспечивающего равномерное распределение битумного преобразователя в массе битума. Битум, полученный с использованием битумного преобразователя, характеризуется высокой вязкостью, что необходимо для обеспечения высокой сдвигоустойчивости дорожного асфальтобетона.
Пример 2
Исходные компоненты:
битума марки БДУ 50/700 - 92,5 мас.%;
битумный преобразователь (кинематическая вязкость при 50°С - 68 сСт) - 7,5 мас.%.
Способ приготовления: битумный преобразователь вводят в расплавленный при температуре 165°С битум; компоненты перемешивают при указанной температуре в течение 20 минут механической мешалкой лопастного типа (порядка 150 об/мин).
Физико-механические свойства исходного и компаундированного битумов представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Наименование показателя | Исходный битум БДУ 50/70 | Компаундированный битум марки БДУ 100/130 |
| Глубина проникания иглы при | ||
| 25°С, 0,1 мм | 68 | 128 |
| Температура размягчения, °С | 47 | 43 |
| Растяжимость при 25°С, см | Более 150 | Более 150 |
| Температура хрупкости, °С | Минус 20 | Минус 21 |
| Температура вспышки, °С | 300 | 281 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 498 | 334 |
| После испытания по методике АSТМ D 1754: | ||
| Изменение массы после прогрева, мас.% | 0,09 | 0,05 |
| Остаточная пенетрация, | ||
| % от исходного значения | 79 | 77 |
| Растяжимость при 25°0, см | Более 150 | Более 150 |
Пример 3
Исходные компоненты:
битум марки БДУС 70/100 - 97,5 мас.%;
битумный преобразователь (кинематическая вязкость при 50°С - 68 сСт) - 2,5 мас.%.
Способ приготовления: битумный преобразователь вводят в расплавленный при температуре 165°С битум; компоненты перемешивают при указанной температуре в течение 30 мин циркуляционным насосом.
Физико-механические свойства исходного и компаундированного битумов представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||
| Наименование показателя | Исходный битум БДУС 70/100 | Компаундированный битум марки БДУС 100/130* |
| Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм | 91 | 109/111 |
| Температура размягчения, °С | 45 | 44/43 |
| Растяжимость при 25°С, см | Более 150/150 | Более 150/150 |
| Температура хрупкости, °С | Минус 19 | Минус 21/20 |
| Температура вспышки, °С | 290 | 281/278 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 241 | 207/155 |
| Динамическая вязкость при 60°С, Па·с | 83 | 79/54 |
| После испытания по методике АSТМ D 1754: | ||
| изменение массы после прогрева, мас.% | 0,18 | 0,10/0,19 |
| Остаточная пенетрация, % от исходного значения | 74 | 77/65 |
| Растяжимость при 25°С, см | 125 | 142/130 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 326 | 305/243 |
| Динамическая вязкость при 60°С, Па·с | 159 | 141/99 |
| * - в знаменателе представлены результаты испытания товарного битума марки БДУС 100/130, полученного по традиционной технологии НПЗ. |
Сопоставительный анализ показателей качества товарного битума, полученного по традиционной технологии, с битумом, полученным компаундированием с битумным преобразователем (таблица 3), свидетельствует о том, что, несмотря на одинаковые значения пенетрации, битум, полученный предлагаемым способом, характеризуется более высокой вязкостью, а следовательно, способен обеспечивать более высокую сдвигоустойчивость дорожному асфальтобетону.
Пример 4
Исходные компоненты:
битум марки БДУ 70/100 - 93 мас.%,
битумный преобразователь (кинематическая вязкость при 50°С - 81 сСт) - 7 мас.%.
Способ приготовления: битумный преобразователь вводят в расплавленный при температуре 165°С битум; компоненты перемешивают при указанной температуре в течение 20 минут механической мешалкой лопастного типа (порядка 150 об/мин).
Физико-механические свойства исходного и компаундированного битумов представлены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||
| Наименование показателя | Исходный битум БДУ 70/100 | Компаундированный битум марки БДУ 130/200 |
| Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм | 79 | 145 |
| Температура размягчения, °С | 47 | 42 |
| Растяжимость при 25°С, см | Более 150 | Более 150 |
| Температура хрупкости, °С | Минус 20 | Минус 21 |
| Температура вспышки,°С | 303 | 279 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 470 | 335 |
| После испытании по методике АSТМ D 1754: | ||
| Изменение массы после прогрева, мас.% | 0,06 | 0,09 |
| Остаточная пенетрация, | ||
| % от исходного значения | 77 | 69 |
| Растяжимость при 25°С, см | Более 150 | Более 150 |
| Кинематическая вязкость при 135°С, сСт | 576 | 431 |
Таким образом, предлагаемый способ получения битума позволяет на месте приготовления дорожно-строительных материалов управлять, как значением пенетрации приготовляемых битумов, так и другими их характеристиками.
Способ получения дорожного битума, включающий компаундирование товарного битума с продуктами переработки нефти, отличающийся тем, что в качестве продукта переработки нефти используют битумный преобразователь, который предварительно получают в виде нефтяной фракции прямой перегонки из тяжелой малопарафиновой нефти нафтенового основания с кинематической вязкостью при 50°С в пределах 65-85 сСт, а в качестве товарного битума используют битум с пенетрацией при 25°С 0,1 мм не менее 68 и растяжимостью при 25°С более 150 см при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вышеуказанный продукт
переработки нефти 2,5-7,5
Вышеуказанный товарный
битум 92,5-97,5
